(57)【要約】【課題】  複数の試料を自動的に処理し得る走査型プローブ顕微鏡システムを提供する。【解決手段】  中空探針３と、中空探針３の後端32に接続されたチューブ４と、中空探針３の下に設けられた支持台１と、支持台１に固定された基板２及び中空探針３の洗浄器５とを具備する走査型プローブ顕微鏡システムであって、試料Sがチューブ４及び中空探針３を通過し、基板２及び洗浄器５は支持台１によって動かされて、それぞれ中空探針３と対向する走査型プローブ顕微鏡システム。【選択図】  図１
2006017638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直に支持された中空探針と、前記中空探針の上端に接続されたチューブと、前記中空探針の下に設けられた支持台と、前記支持台に固定された基板及び前記中空探針の洗浄器とを具備する走査型プローブ顕微鏡システムであって、試料は前記チューブ及び前記中空探針を通過し、前記基板及び前記洗浄器は前記支持台によって動かされて、それぞれ前記中空探針の下端の下に位置することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡システム。
【請求項２】
請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡システムにおいて、前記中空探針の再生用の基板を有し、前記再生用基板は前記支持台に固定されており、前記中空探針から前記再生用基板に放電されることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の走査型プローブ顕微鏡システムにおいて、前記試料は前記チューブ及び前記中空探針を通過して前記基板に供給されることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡システム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の走査型プローブ顕微鏡システムにおいて、前記基板に入れられた試料が吸引されて前記チューブ及び前記中空探針を通過することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡システムにおいて、前記チューブの後端に多方コックが接続されており、前記基板に供給又は前記基板から吸引される試料が前記多方コックによって切り替えられることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡システムにおいて、前記中空探針の先端が電解研磨、電解研削、化学研磨及び機械研磨のうちの少なくとも一つの方法によって研磨されていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡システムにおいて、前記中空探針が注射針であることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査型トンネル顕微鏡（STM：Scanning Tunneling Microscope）、原子間力顕微鏡（AFM：Atomic Force Microscope）等の走査型プローブ顕微鏡（SPM：Scanning Probe Microscope）を使用したシステムに関し、特に複数の試料を自動的に処理できる走査型プローブ顕微鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型トンネル顕微鏡（STM）は、探針と試料との間にバイアス電圧を印加し、そこに発生するトンネル電流を利用する装置である。トンネル電流の大きさは探針と試料との距離に反比例するので、例えばトンネル電流が一定となるようにこれらの距離を調節しながら試料を走査すると、その変位履歴から試料表面の微細な形状を認識することができる。走査型トンネル顕微鏡により原子スケールで表面の原子配列や構造を観察できるので、半導体デバイスの評価や、生体分子の観察等に使用されてきている。しかし走査型トンネル顕微鏡を測定可能な状態にセッティングしたり、劣化した探針を取り替えたりする作業は非常に煩雑であり、多数のサンプルを処理するのに適していない。このため産業的に繁用されるには至っていない。
【０００３】
特開2003-254886号（特許文献１）には、カンチレバーの一端側に固定されたプローブの先端で観察試料の観察点を加熱して気化及び分解する手段、並びにプローブ先端の開口からプローブ内及びカンチレバー内を通ってカンチレバーの他端側の開口まで連通するガス導路を備えた走査プローブ顕微鏡と、ガス導管を介して上記カンチレバー他端側開口からのガスを受け入れるガスクロマトグラフ質量分析器とから成るガスクロマトグラフ走査プローブ顕微鏡が記載されている。このガスクロマトグラフ走査プローブ顕微鏡を使用すると、観察試料を気化させ、得られたガスを採取して試料の組成を分析することができる。しかし一度分析を行うとプローブが汚染された状態になるので、プローブを取り外して洗浄しなければならない。このため複数の試料の分析を自動的に行うことはできない。
【０００４】
米国特許5,166,520号（特許文献２）には、先細で中空の形状を有し、色々な技術分野で試料表面のスキャンに用いられらるプローブ顕微鏡用の探針が記載されている。中空探針は例えばカンチレバーの自由端部に設けられる。中空探針のキャビティには試料表面との相互作用を考慮して選択された金属、半導体、電解液等が充填され、充填物はカンチレバー内に長手方向に延在する導電線に接続される。中空探針の頂点は予め決められた直径で開口しており、中空探針の充填物はリークする。しかし、中空探針からリークさせ得るのは予めキャビティ内に入れた充填物だけであり、所望の試料を連続的に供給しながら使用することはできない。
【０００５】
走査型トンネル顕微鏡を用いると、探針を原子スケールで位置決めし、微細なパターンを描くこともできる。特開平7-49352号（特許文献３）には、トンネル電流を検出する中空構造の探針と、前記探針の中に充填され、探針材料とは異なる材質の充填材料と、前記探針近傍に配置された加熱ヒータとを備えてなる走査型トンネル顕微鏡が記載されている。特許文献３に記載の走査型トンネル顕微鏡によって微細パターンを描くには、走査型トンネル顕微鏡の機能によって原子を付着させたい位置までを探針を移動させ、探針に注入した異種材料を加熱ヒータによって融解又は軟化して試料表面に付着させる。しかしこの顕微鏡によって連続的に試料に付着できるのは、予め充填した材料分だけであり、複数の材料で描くパターンには不向きである。特許文献３には、探針に充填した「異種材料を選択的に融解あるいは軟化させる」と書かれているが、複数の材料を探針に充填しておいたとしても、そのうちの一種のみを選択的に融解又は軟化させるのは、非常に難しいと思われる。このため実際には、複数の材料でパターンを描くために探針に材料を充填し直したりしなければならず、非常に煩雑である。
【０００６】
【特許文献１】特開2003-254886号公報
【特許文献２】米国特許5,166,520号公報
【特許文献３】特開平7-49352号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、複数の試料を自動的に処理し得る走査型プローブ顕微鏡システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、走査型プローブ顕微鏡の探針として中空探針を使用し、その後端に接続したチューブから中空探針を通じて基板に試料を供給及び／又は吸引するようにすると共に、チューブから洗浄液等を供給及び／又は吸引することによって中空探針を洗浄すると、複数の試料を連続して処理できることを発見し、本発明に想到した。
【０００９】
すなわち、本発明の走査型プローブ顕微鏡システムは、中空探針と、前記中空探針の後端に接続されたチューブと、前記中空探針の下に設けられた支持台と、前記支持台に固定された基板及び前記中空探針の洗浄器とを具備し、前記試料が前記チューブ及び前記中空探針を通過し、前記基板及び前記洗浄器は前記支持台によって動かされて、それぞれ前記中空探針と対向することを特徴とする。
【００１０】
前記中空探針の再生用の基板が前記支持台に固定されており、前記中空探針から前記再生用基板に放電されるのが好ましい。前記チューブ及び前記中空探針を通過して前記試料が前記基板に供給されるか、前記基板に入れられた試料が吸引されて前記チューブ及び前記中空探針を通過するのが好ましい。前記支持台が回転することにより、前記基板又は前記洗浄器が前記中空探針と対向するのが好ましい。前記チューブの後端に多方コックが接続されており、前記基板に供給又は前記基板から吸引される試料が前記多方コックによって切り替えられるのが好ましい。
【００１１】
前記中空探針の先端は電解研磨、電解研削、化学研磨及び機械研磨のうち少なくとも一つの方法によって研磨されているのが好ましい。前記中空探針は注射針であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の走査型プローブ顕微鏡システムにより、複数種のサンプルを自動的に分析したり、複数種の材料で所望のパターンを描いたりすることができる。中空探針はカンチレバーに装着した状態で洗浄及び再生可能であるので、連続使用してもサンプルのコンタミネーションが起こったり、中空探針の劣化によって観察不能になったりする惧れも無い。
【００１３】
このように複数種のサンプルを自動的に処理し得る走査型プローブ顕微鏡システムは、クロマトグラフィー等によって分離した複数の成分をそれぞれ観察し、各成分の立体構造及び／又は絶対配置を決定するのに好適である。このような精緻な分析を簡単に実現し得る本発明の走査型プローブ顕微鏡システムは、化学及び／又は製薬の分野で大きな貢献を果たし得る。またサンプルを供給した後で即座に観察できるので、複数の化学種の反応を追跡できる。さらに基板加工用の材料を連続的に供給しながら、中空探針をプログラム通り走査することにより、ナノ加工ペンとして使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の走査型プローブ顕微鏡システムの一例を示す。図１に示すシステムは回転軸11を有する支持台１と、支持台１に載置された基板装置２と、支持台１の上方に垂直に支持された中空探針３と、中空探針３に連通する供給チューブ４と、支持台１上に設けられた洗浄容器５及び再生用基板６とを具備する。
【００１５】
支持台１は回転軸11と、回転軸11の上端に水平に取り付けられた天板12とからなる。天板12は回転自在に取り付けられている。支持台１は走査型プローブ顕微鏡システムの駆動装置（図示せず）からの命令によって所定の角度だけ回転する。
【００１６】
基板装置２は、複数の窪み211を有する板状の基板21と、基板21を支持するステージ22とからなる。窪み211には、それぞれ測定すべき試料Sが入れられる。基板21は導電性を有しており、試料Sを入れた状態で中空探針３から放電される。基板21はカーボングラファイト、シリコン、雲母、二硫化モリブデン、石英、ガラス、白金、金、銀、銅、ニッケル等からなるが好ましい。ステージ22は圧電素子を内蔵しており、基板21を三次元方向に微動させる。基板21の動きはナノメートルオーダーで制御可能である。ステージ22はネジ止め等によって天板12に固定されている。ステージ22の配線221は天板12に設けられた穴部121を通って、システム駆動装置に接続されている。
【００１７】
中空探針３は、カンチレバー33の自由端付近に取り付けられている。カンチレバー33の固定端はカンチレバー移動装置30の下端に取り付けられており、モータによって二軸方向に動くようになっている。カンチレバー33は天板12の中心を通る水平軸と、それに垂直な軸に沿って動くのが好ましい。カンチレバー移動装置30により、各窪み211の間で中空探針３を移動させたり、中空探針３と試料Sとを接近させたりすることができる。また洗浄容器５や再生用基板６が支持台１の回転によってカンチレバー33の下に移動した際に、中空探針３をこれらに接近させることができる。
【００１８】
図１及び２に示すように、中空探針３は電極35に挟まれている。このため中空探針３の側面に電極35が接触しており、中空探針３は通電可能になっている。図２に示すように、カンチレバー33は探針穴330を有している。探針穴330の上側の約半分程度は径大部となっており、円柱状の勘合部材34が嵌められている。勘合部材34はシリコーン等からなるのが好ましい。中空探針３は勘合部材34の中心に嵌められており、探針穴330を貫通している。
【００１９】
中空探針３は電解研磨、電解研削、化学研磨及び機械研磨のうち少なくとも一つの方法によって研磨されているのが好ましい。これらの方法により研磨された中空探針３は突起を有しており、電圧の印加により１nm程度離れた基板21との間にトンネル電流を発生させ得る。試料Sの濃度、粘度等にも拠るが、中空探針３の内径は0.01〜0.1 mm程度であるのが好ましく、外径は0.1〜１mm程度であるのが好ましい。市販の注射針を電解研磨したものは、中空探針３として好適である。
【００２０】
供給チューブ４の先端部41は、中空探針３の後端部32に嵌められている。供給チューブ４の後端42は多方コック43に接続されている。多方コック43は一端側に一つの出入口を有し、他端側に複数の出入口を有している。多方コック43の一端側（又は他端側）を回転させることにより、多方コック43の内部で一つの出入口が複数の出入口のいずれかに連結している状態か、いずれにも連結していない状態かの切り替えをすることができる。試料Sを汚染することなく切り替え可能である限り、多方コック43の構造は特に限定されない。例えば三方コックでも良いし、マニホールドでも良いが、マニホールドの場合は、試料Sの切り替え毎に内部を洗浄できるようになっている必要がある。供給チューブ４の後端42は一端側に接続されており、他端側には複数のチューブ45が接続されている。多方コック43はシステム駆動装置からの命令によって、切り替えられる。
【００２１】
洗浄容器５は廃液出口51を有しており、廃液出口51には廃液チューブ52が取り付けられている。中空探針３から洗浄容器５に入れられた洗浄液の液面が所定の高さになると、廃液出口51に設けられた弁（図示せず）が開いて廃液を排出する。
【００２２】
再生用基板６は、天板12に固定された台61の上に取り付けられている。再生用基板６は導電性を有する材質からなり、アース線62が取り付けられている。再生用基板６の材質は基板21と同じでも、異なっても良い。
【００２３】
液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、イオンクロマトグラフィー及びゲルパーミエーションクロマトグラフィー等によって分離された成分の観察を例にとって、このシステムを用いた顕微鏡観察を説明する。図３(a)に示すように、カンチレバー移動装置30を駆動させてカンチレバー33を動かし、中空探針３を基板21の窪み211の一つに対向させる。液体クロマトグラフィー等によって分離された流分のうち、所定の大きさ以上のピークを示すものS1は、供給チューブ４及び中空探針３を通って窪み211に入る。所定の大きさ以上のピークを示す流分が複数ある場合、各流分（S2、S3、・・・）は別のチューブ45に入り、システム駆動装置の命令によって多方コック43が切り替わるまで、多方コック43の手前に留まる。
【００２４】
図３(b) に示すように、ステージ22によって基板21を上方に動かし、中空探針３との距離を微調整する。中空探針３の先端31と窪み211の底との距離dを数nm（例えば１nm）にして電極35から中空探針３にバイアス電圧を印加すると、中空探針３と基板21との間にトンネル電流が流れる。ステージ22によって平面方向に基板21を走査しながらバイアス電流を印加し、発生したトンネル電流の値を測定し、常に一定の電流値になるように基板21の高さを制御する。基板21の変位履歴から、試料Sの表面の画像が得られる。
【００２５】
顕微鏡観察の後、カンチレバー移動装置30によって中空探針３を上げ、中空探針３が洗浄容器５に対向するように支持台１を回転させる。次いでカンチレバー移動装置30によって中空探針３の位置を調節し、供給チューブ４から洗浄液Wを流す。供給チューブ４を通って中空探針３から流出した洗浄液Wは、洗浄容器５に入る（図３(c) ）。弁を開けた状態で中空探針３及び供給チューブ４の内面を十分に洗浄した後、弁を閉じて洗浄液Wを洗浄容器５に溜め、カンチレバー移動装置30によって洗浄液Wに中空探針３を浸漬しても良い。洗浄液Wに中空探針３を浸漬することにより、中空探針３の外面を洗浄できる。中空探針３及び供給チューブ４を十分に洗浄すると、別の試料の供給及び顕微鏡観察を行える状態になる。
【００２６】
次の試料S2を顕微鏡観察するには、図３(d) に示すように、支持台１を回転させると共にカンチレバー33を動かし、未使用の窪み211'に中空探針３を対向させる。クロマトグラフィーによって分離された流分S2は多方コック43の手前に留まっているので、多方コック43を切り替えて、供給チューブ４にS2の入ったチューブ45を連結させる。多方コック43の切り替えにより、チューブ45内に留まっていた流分S2は供給チューブ４を通って未使用の窪み211'に入る。流分S2の顕微鏡観察も上述のように行うことができる。
【００２７】
顕微鏡観察を繰り返し行ううちに中空探針３は磨耗するので、研磨する必要が生じる。中空探針３を研磨するには、支持台１を回転させて中空探針３を再生用基板６に対向させ、中空探針３から再生用基板６に放電する。放電により中空探針３の先端が粗くなり、トンネル電流を発生可能な突起が生じる。中空探針３の先端31と再生用基板６との距離を0.1〜５nmにして、−10〜10 Vの電圧を印加するのが好ましい。10〜100回の顕微鏡観察毎に研磨を行うように、予めプログラムしておくのが好ましい。
【００２８】
図４に示す走査型プローブ顕微鏡システムは、供給チューブ４の後端に二方コック46が接続されている以外、図１に示す例とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。供給チューブ４には、図５に示すように、チューブ45内には中空探針３側から順に第一の試料S1、非相溶性液U、洗浄液W、非相溶性液U、第二の試料S2、非相溶性液U、洗浄液Wが入れられている。非相溶性液Uは第一及び第二の試料S1，S2と殆んど混ざり合わない。洗浄液Wは各試料S1，S2に対して大きな溶解性を有しており、洗浄液Wが通過すると、供給チューブ４の内面に付着していた各試料S1，S2は除去される。
【００２９】
第一の試料S1を窪み211に入れて顕微鏡観察した後、二方コック46を閉じ、カンチレバー移動装置30により中空探針３を上昇させ、支持台１を回転させて中空探針３を洗浄容器５に対向させる。二方コック46を開くと、供給チューブ４から非相溶性液U、洗浄液W及び非相溶性液Uがこの順に流れ、洗浄容器５に入る。洗浄液Wにより、供給チューブ４及び中空探針３の内面が洗浄される。
【００３０】
第二の試料S2が流出し始めた直後に二方コック46を閉じ、支持台１を回転させた上でカンチレバー移動装置30によって中空探針３の位置を調節し、未使用の窪み211'に中空探針３を対向させる。この状態で二方コック46を開き、第二の試料S2を供給する。このように、供給チューブ４に試料S1，S2、非相溶性液U及び洗浄液Wを上述の順番で入れておくと、コンタミネーションを起こすことなく試料S1，S2をそれぞれ窪み211，211'に供給し、顕微鏡観察を行うことができる。
【００３１】
図１及び４に示す走査型プローブ顕微鏡システムの別の使用例を説明する。まず窪み211に第一の試薬S1を供給して顕微鏡観察した後、中空探針３を洗浄する。第一の試薬S1に対して反応性を有する第二の試薬S2を試薬S1と同じ窪み211に供給し、中空探針３により顕微鏡観察する。中空探針３を基板21に接近させて試薬S2を供給すると、供給した後即座に試薬S1と試薬S2との反応を観察することができる。
【００３２】
図６は、本発明の走査型プローブ顕微鏡システムのさらに別の例を示す。図６に示す走査型プローブ顕微鏡システムは、長方形の天板71を有するスライド台７と、スライド台７上に固定された洗浄容器５、基板装置２及び再生用基板６とを具備する。洗浄容器５、基板装置２及び再生用基板６は天板71の長手方向にこの順で並べられている。
【００３３】
スライド台７は天板71と、天板71を支持する一対の脚72，72からなる。脚72，72は板状であり、脚72，72の下端はそれぞれレール（図示せず）に嵌められている。スライド台７は、駆動装置からの命令によって天板71の長手方向に動く。
【００３４】
基板装置２は天板71のほぼ中央に固定されている。基板装置２のステージ22は、基板21を水平面（xy平面）で微動させる。ステージ22の微動により、基板21に対する中空探針３の相対的な位置が変化する。基板21に対する中空探針３の軌跡が所望のパターンになるように、ステージ22の動きはプログラムされている。
【００３５】
中空探針３はカンチレバー33の自由端付近に垂直に取り付けられており、カンチレバー33は垂直微動装置36の下端に取り付けられている。垂直微動装置36は圧電素子を内蔵しており、システム駆動装置からの命令によってカンチレバー33を垂直方向（z軸方向）に微動させる。カンチレバー33が微動すると、カンチレバー33に取り付けられた中空探針３も同じだけ微動する。
【００３６】
垂直微動装置36はカンチレバー移動装置30に取り付けられている。カンチレバー移動装置30は、モータによって駆動する。垂直微動装置36とそれに取り付けられたカンチレバー33はカンチレバー移動装置30によって垂直方向に比較的大きく動く。つまりカンチレバー33に取り付けられた中空探針３は、垂直微動装置36によって垂直方向にナノメートルオーダーで微動し、カンチレバー移動装置30によって垂直方向にミリメートルオーダー又はセンチメートルオーダーで動く。
【００３７】
図７に示すように、中空探針３は径大部3aと、径大部3aから下に延在する径小部3bとからなる。径小部3bはカンチレバー33の探針穴330に接着剤Aによって固定されている。カンチレバー33の上に板状電極350が載置されており、板状電極350に設けられた穴が探針穴330に係合している。径大部3aの下端は板状電極350の上面に接触しているので、中空探針３は通電可能である。
【００３８】
供給チューブ４の先端部41は中空探針３の径大部3aに嵌められており、後端42は多方コック43に接続されている。多方コック43の多方側には複数のチューブ45が接続されており、各チューブ45にはパターンを描くための材料M1、M2・・・がそれぞれ充填されている。多方コック43の切り替えにより、複数のチューブ45のうちの一つが供給チューブ４に連結する。
【００３９】
中空探針３が基板21の上にある状態でカンチレバー移動装置30を作動させ、中空探針３を基板21に接近させる。ステージ22及び垂直微動装置36によって基板21を中空探針３に対して位置決めした後で多方コック43を開き、中空探針３から第一の材料M1を流出させながら基板21及び中空探針３をそれぞれ走査する。走査により基板21に第一の材料M1からなるパターンが描かれる。
【００４０】
中空探針３に供給する材料Mを切り替える前には、中空探針３の洗浄を行う。具体的にはスライド台７を動かして洗浄容器５が中空探針３の直下に来るようにし、洗浄容器５を使用して中空探針３を洗浄する。その後、スライド台７を逆に動かして基板21が中空探針３の直下に来るようにすると、材料M1と材料M2とが混ざり合うことなくパターンを描くことができる。
【００４１】
中空探針３が磨耗した時は、再生用基板６が中空探針３の直下に来るようにスライド台７を動かし、中空探針３から再生用基板６に放電して中空探針３を再生する。このシステムを使用することにより、複数の材料M1、M2・・・からなるナノメートルスケールのパターンを描くことができる。
【００４２】
図８は、本発明の走査型プローブ顕微鏡システムのさらに別の例を示す。図７に示す例は、複数の小基板８と、洗浄容器５と、再生用基板６とが支持台１上に同心円状に固定されている以外、図１に示す例とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。各小基板８はそれぞれ窪み81を有する。各小基板８、洗浄容器５及び再生用基板６は天板12に設けられた窪み121にそれぞれ嵌められており、支持台１が回転しても滑らないようになっている。
【００４３】
支持台１はモータ駆動で回転するほか、回転軸11の伸縮によってミリメートルオーダー又はセンチメートルオーダーで上下に動く。カンチレバー33は三次元微動装置37の下端に接続されているので、カンチレバー33とそれに取り付けられた中空探針３とは三次元方向にナノメートルオーダーで動く。
【００４４】
回転軸11の回転及び伸縮によって小基板８の一つに中空探針３を対向させた後、中空探針３と窪み81の底との距離が数ナノメートルになるように、三次元微動装置37によってこれらを接近させる。中空探針３から窪み81に試料Sを供給し、板状電極350から中空探針３に通電し、発生するトンネル電流を測定しながら三次元微動装置37によって中空探針３を走査する。試料Sの切り替え、又は中空探針３の洗浄若しくは再生を行うには、回転軸11を回転させて洗浄容器５又は再生用基板６に中空探針３を対向させる。図８に示す走査型プローブ顕微鏡システムにおいては、顕微鏡観察中は中空探針３のみがナノメートルオーダーで動き、試料Sの切り替え又は中空探針３の洗浄若しくは再生の際には支持台１のみがミリメートル以上のオーダーで動く。
【００４５】
図９は、本発明の走査型プローブ顕微鏡システムのさらに別の例を示す。図９に示す走査型プローブ顕微鏡システムは、多方コック43の複数の出入口側に分析装置90が接続されている以外、図１に示す例とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。分析装置90に接続されたチューブは一本のみであり、その他のチューブからは試料Sが供給されるようになっている。分析装置90は試料Sを吸引し、組成等を分析する。分析装置90の具体例として質量分析装置、クロマトグラフ装置、赤外線吸収スペクトル装置、可視−紫外線吸収スペクトル装置が挙げられる。
【００４６】
多方コック43を調節して中空探針３から窪み211の一つに試料Sを供給し、ステージ22によって基板21を微動させることにより、窪み211の一つに入れられた試料Sの表面をスキャンする。試料Sのうち精査すべき位置で中空探針３を停止させ、多方コック43を切り替え、分析装置90を稼動させる。中空探針３が分析装置90に接続された状態で分析装置90の内部が減圧にされると、試料Sの一部p1はチューブ４を通って分析装置90に引き込まれる。分析装置90に引き込まれるのは、試料Sのうち中空探針３にごく近い部分p1である。このため、このシステムを使用すると、試料Sの表面を観察した上で所望の部分の組成等を簡単に調べることができる。試料Sの一部p1を分析した後は、洗浄容器５に入れられた洗浄液Wを吸引することによって中空探針３及びチューブ４を洗浄する。
【００４７】
以上、走査型トンネル顕微鏡システムを例にとって本発明のシステムを説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明のシステムに使用する顕微鏡は、探針と試料とを相対的に動かしながら走査するタイプの顕微鏡であれば良い。すなわち走査型トンネル顕微鏡システムの他、走査型原子間力顕微鏡、走査型近接場顕微鏡、走査型電気化学顕微鏡等を用いた走査型プローブ顕微鏡システムも本発明の範疇である。
【実施例】
【００４８】
本発明を以下の実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００４９】
実施例１
ステンレス管（外径0.3 mm、内径0.1 mm、長さ20 mm）の先端１mmを塩酸（濃度１M）200 mLに浸漬させ、15 Vの交流電圧を印加することによって電界研磨し、中空探針を得た。この中空探針を走査型トンネル顕微鏡（日本電子株式会社製、JSPM-4200）に装着し、図１に示す走査型プローブ顕微鏡システムを組立てた。基板21としては、内径３mm、深さ0.5 mmの窪みを有する高配向性黒鉛板を使用した。洗浄容器５にはテトラヒドロフランを入れた。
【００５０】
中空探針３を基板21の窪み211を対向させ、電極35から電圧を印加しながらスキャンしたところ、グラファイトの原子像が観察された。黒鉛板のトンネル顕微鏡写真を図10に示す。観察された原子像は、走査型トンネル顕微鏡用の一般的な探針（白金、タングステン等からなる中空でない探針）を使用して観察した像と相違なかった。
【００５１】
ポリアニリン（エメラルジン塩基、シグマアルドリッチ社製）のテトラヒドロフラン溶液（濃度0.01 mg／mL）を中空探針３から窪み211に供給しながら中空探針３を掃引した後、ポリアニリン溶液の供給を停止し、そのままトンネル顕微鏡観察をした。ポリアニリン溶液のトンネル顕微鏡写真を図11に示す。ポリアニリンが黒鉛板に吸着及び／又は堆積し、導電性高分子の線が形成していた。導電性高分子線の幅は約50 nmであり、高さは約10 nmであった。顕微鏡観察後、洗浄容器５に入れられたテトラヒドロフランに中空探針３を浸漬し、引き上げた。
【００５２】
実施例２
実施例１で使用及び洗浄した中空探針３に濃度0.001 mg／mLのポリアニリン溶液を供給した以外実施例１と同様にして、窪み211内で中空探針３を掃引した。掃引終了後、そのままトンネル顕微鏡観察を行った。ポリアニリン溶液のトンネル顕微鏡写真を図12に示す。0.001 mg／mLという低濃度のポリアニリン溶液を使用した場合も、ポリアニリンが黒鉛板に吸着及び／又は堆積し、導電性高分子の線が形成していた。導電性高分子線の幅は約20 nmであり、高さは約５nmであった。
【００５３】
中空探針３が劣化したので、支持台１を回転させて中空探針３を再生用基板６に対向させ、中空探針３の先端と再生用基板６との距離を約１nmにして中空探針３に３〜10 Vの電圧を10秒間印加した。中空探針３を導電性高分子線に再び対向させてトンネル顕微鏡観察を行ったところ、劣化前と同様に鮮明な分子列の像を見ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の走査型プローブ顕微鏡システムの一例を示す斜視図である。
【図２】カンチレバーに支持された中空探針の一例を示す部分拡大断面図である。
【図３】走査型プローブ顕微鏡システムの使用方法を概略的に示す図であり、(a) は基板の窪みの一つに試料を供給する様子を示し、(b) は中空探針を窪みの底に接近させた状態を示し、(c) は中空探針を洗浄する様子を示し、(d) は別の窪みに試料を供給する様子を示し、(e) は中空探針から再生用基板に放電する様子を示す。
【図４】本発明の走査型プローブ顕微鏡システムの別の例を示す斜視図である。
【図５】チューブに充填した試料、非相溶性液及び洗浄液の配列を示す断面図である。
【図６】本発明の走査型プローブ顕微鏡システムのさらに別の例を示す斜視図である。
【図７】カンチレバーに支持された中空探針の別の例を示す部分拡大断面図である。
【図８】本発明の走査型プローブ顕微鏡システムのさらに別の例を示す斜視図である。
【図９】本発明の走査型プローブ顕微鏡システムのさらに別の例を示す斜視図である。
【図１０】グラファイト板の表面のトンネル顕微鏡写真である。
【図１１】ポリアニリン線のトンネル顕微鏡写真である。
【図１２】ポリアニリン線の別のトンネル顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００５５】
１・・・支持台
11・・・回転軸
12・・・天板
２・・・基板装置
21・・・基板
211・・・窪み
22・・・ステージ
３・・・中空探針
30・・・探針移動装置
33・・・カンチレバー
34・・・勘合部材
35・・・電極
４・・・供給チューブ
５・・・洗浄容器
６・・・再生用基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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